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關(guān)于分析化學(xué)設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式初探論文
分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)是高校分析化學(xué)課程教學(xué)的重要組成部分。隨著社會(huì)對各種層次人才需求的日益增長,傳統(tǒng)的以驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)以及少量綜合性實(shí)驗(yàn)為主的教學(xué)模式在培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)造性思維和主動(dòng)學(xué)習(xí)、探索式學(xué)習(xí)等方面存在明顯不足,難以適應(yīng)新形勢下對人才培養(yǎng)的要求。因此,實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革勢在必行,設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)教學(xué)被提上日程。
1分析化學(xué)設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程
分析化學(xué)設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程主要分為四個(gè)階段進(jìn)行:布置實(shí)驗(yàn)題目,制定實(shí)驗(yàn)方案;課堂討論,教師審查實(shí)驗(yàn)方案;實(shí)驗(yàn)具體實(shí)施,撰寫小論文;實(shí)驗(yàn)評(píng)價(jià)階段。
1.1布置設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)題目,制定實(shí)驗(yàn)方案
題目的選擇性布置要求教師知識(shí)面廣泛,動(dòng)手能力強(qiáng),熟悉各種實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備的特點(diǎn)和使用方法。因此,要求實(shí)驗(yàn)教師具有一定的業(yè)務(wù)水平和教學(xué)水平。
教師公布設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)的題目,要求學(xué)生設(shè)計(jì)的內(nèi)容包括:實(shí)驗(yàn)方法;實(shí)驗(yàn)原理;實(shí)驗(yàn)儀器及試劑;實(shí)驗(yàn)步驟;實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理,最終以設(shè)計(jì)小論文的形式上交指導(dǎo)老師審查。另外,要求設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)的方案遵守以下原則:
(1)安全性:充分考慮人身安全、儀器安全并盡量減少對環(huán)境的污染和破壞。比如,對含汞、鉻的廢液進(jìn)行回收處理。
(2)可行性:所選用的儀器、試劑等在現(xiàn)有的條件下能得到滿足。
(3)簡約、節(jié)約性:設(shè)計(jì)應(yīng)盡可能簡單易行,用簡單的實(shí)驗(yàn)裝置,較少的試劑及實(shí)驗(yàn)步驟,能在較短的時(shí)間內(nèi)完成實(shí)驗(yàn),且數(shù)據(jù)比較準(zhǔn)確。比如金屬鎂的摩爾質(zhì)量測定,可以采用沉淀滴定法,配位滴定法等,這些方法雖能滿足測定的基本要求,但需要配制的試劑種類、數(shù)量較多,準(zhǔn)確度也不如酸堿滴定法。
按以上要求,學(xué)生需要查閱大量資料。比如雞蛋殼中鈣含量的測定,不僅要對實(shí)驗(yàn)方法進(jìn)行分析論證,還要考慮雞蛋殼的來源(一般去校餐廳收集)與初步處理(包括如何去除蛋殼內(nèi)膜、烘干、研磨、過篩、保存等),以形成完整的實(shí)驗(yàn)方案。這是學(xué)生的創(chuàng)造性勞動(dòng)階段,不僅開闊了學(xué)生眼界,拓寬了知識(shí)面,而且活躍了思維,增強(qiáng)了獲取信息的能力,為以后的就業(yè)打下良好的基礎(chǔ)。
另外,學(xué)生普遍反映,環(huán)境保護(hù)列入設(shè)計(jì)要求,大大提高了他們的環(huán)保意識(shí)。這對社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。
1.2教師審查設(shè)計(jì)方案,課堂討論階段
本階段是設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)教學(xué)的中堅(jiān)環(huán)節(jié),分為兩個(gè)階段開展工作。
第一階段,學(xué)生進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室,教師審查學(xué)生的設(shè)計(jì)方案,根據(jù)學(xué)生設(shè)計(jì)方案的完成情況給予相應(yīng)評(píng)價(jià),成績計(jì)入總成績中。
第二階段,教師與學(xué)生身份互換,學(xué)生登臺(tái)講解。實(shí)現(xiàn)教師從“演員”到“導(dǎo)演”,學(xué)生從“觀眾”到“演員”的轉(zhuǎn)變。
比如金屬鎂的摩爾質(zhì)量的測定,學(xué)生課堂上提供的方法主要有量氣法、配位滴定法、重量分析法,酸堿滴定法等。對于每一種實(shí)驗(yàn)方法,實(shí)驗(yàn)教師組織學(xué)生對講臺(tái)上的“老師”進(jìn)行提問,共同進(jìn)行分析討論。
重量分析法是加入濃度較大的NaOH溶液,生成的Mg(OH)2進(jìn)行過濾、洗滌、烘干、稱量,在此過程中,沉淀有一定的損失,準(zhǔn)確度受到較大影響。
配位滴定法是讓一定量的金屬鎂與過量的HCl反應(yīng),然后加緩沖溶液調(diào)節(jié)pH到10左右,以鉻黑T做指示劑,用EDTA標(biāo)準(zhǔn)溶液進(jìn)行滴定分析。這里涉及到的試劑較多,而且對滴定體系的pH要求嚴(yán)格。酸度過高,酸效應(yīng)太大;酸度太低,有可能使得Mg2+部分沉淀,而且指示劑本身對酸度也有一定的要求。另外,以CaCO3為基準(zhǔn)物標(biāo)定EDTA時(shí),為了提高終點(diǎn)顏色的敏銳度,還需額外加入MgY,否則實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)確度會(huì)受到較大影響,但是還是能用于測定金屬鎂摩爾質(zhì)量的。
通過一系列的比較分析討論,學(xué)生自然會(huì)認(rèn)識(shí)到酸堿滴定法(讓一定量的金屬鎂與已知濃度的過量HCl反應(yīng),用NaOH標(biāo)準(zhǔn)溶液返滴定剩余的鹽酸)涉及的試劑較少,方法相對成熟,準(zhǔn)確度也較高。實(shí)驗(yàn)方法提煉出來之后,圍繞金屬鎂稱量的質(zhì)量范圍;酸與堿的濃度;以及在滿足實(shí)驗(yàn)要求,又不造成試劑浪費(fèi)的前提下,酸和堿分別配制的總體積等問題進(jìn)行分析討論,學(xué)生基本可以確定出切實(shí)可行的實(shí)驗(yàn)方案。
另外,雞蛋殼中鈣含量的測定,混合堿含量的測定等都可以采取上述教學(xué)方法進(jìn)行。
這種教學(xué)方法改變了以往實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程中的講透、講細(xì)、講全,在發(fā)揮教師主導(dǎo)作用的同時(shí),充分發(fā)揮了學(xué)生的主體作用,激發(fā)了他們的學(xué)習(xí)熱情,同時(shí)實(shí)現(xiàn)了學(xué)生之間的互動(dòng),升華了師生之間的交流;另外,學(xué)生在對別的同學(xué)的設(shè)計(jì)方案進(jìn)行提問、分析、討論、評(píng)價(jià)的過程中,課堂氣氛活躍,思維開闊,口頭表達(dá)能力得到鍛煉,自信心得到大大提升,綜合素質(zhì)得到加強(qiáng)。
最后,經(jīng)過學(xué)生充分討論后,實(shí)驗(yàn)教師對設(shè)計(jì)的基本思路進(jìn)行總結(jié),提問學(xué)生掌握情況,并要求學(xué)生整理出完整的設(shè)計(jì)方案,以便于實(shí)施。
值得提示的是,教師不應(yīng)強(qiáng)行把學(xué)生思維納入到自己的思維模式之中,要求學(xué)生的活動(dòng)和結(jié)論與自己所設(shè)計(jì)或者期望結(jié)果一致。比如,有個(gè)別學(xué)生的設(shè)計(jì)方案雖然實(shí)施起來有很大難度,但是有創(chuàng)意,對于他們敢于創(chuàng)新、勇于創(chuàng)新、體現(xiàn)個(gè)性的方案要及時(shí)給于表揚(yáng),使學(xué)生的主觀能動(dòng)性、潛力和創(chuàng)造潛能達(dá)到最大。
總之,整個(gè)課堂教學(xué)是在一種緊張有趣的氣氛中進(jìn)行的,教學(xué)效果較好。
1.3實(shí)驗(yàn)具體實(shí)施,撰寫實(shí)驗(yàn)小論文
根據(jù)課堂討論,學(xué)生對自己的實(shí)驗(yàn)方案進(jìn)行加工整理。根據(jù)合理的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方案自行準(zhǔn)備實(shí)驗(yàn)儀器,配制試劑等。這個(gè)過程對學(xué)生雖然有一定難度,但因?yàn)槭亲约涸O(shè)計(jì)總結(jié)的方案,所以學(xué)生愿學(xué)樂干。
實(shí)驗(yàn)小論文按照正式出版的科研論文格式,包括論文題目、署名、摘要、關(guān)鍵詞、引言、儀器與試劑、實(shí)驗(yàn)方法、結(jié)果與討論、參考文獻(xiàn)等。由此可以看出,這一階段是學(xué)生綜合能力進(jìn)一步升華和提高的階段,同時(shí)也為畢業(yè)論文和畢業(yè)設(shè)計(jì)作了很好的鋪墊工作。
1.4實(shí)驗(yàn)評(píng)價(jià)體系
對設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量及設(shè)計(jì)能力的評(píng)價(jià)方法,已有作者進(jìn)行了比較詳盡的研究。我們從2004年招收第一批工業(yè)與分析檢驗(yàn)專業(yè)學(xué)生起,就對分析化學(xué)設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)評(píng)價(jià)體系進(jìn)行了改革,在不斷的探索中,建立起了完整的操作性較強(qiáng)的評(píng)價(jià)體系,具體的主要從創(chuàng)新精神、實(shí)踐能力、科學(xué)素養(yǎng)三個(gè)方面,根據(jù)學(xué)生設(shè)計(jì)及課堂討論發(fā)言情況(50%)、實(shí)驗(yàn)技能(25%)、實(shí)驗(yàn)小論文的完成情況(25%)等做總體評(píng)價(jià),給出等級(jí)。評(píng)價(jià)方式的改革,極大的促進(jìn)了設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果的提高。再者,課堂辯論發(fā)言積極性得到提高,操作規(guī)范性切實(shí)增強(qiáng),實(shí)驗(yàn)技能顯著提高,嚴(yán)肅認(rèn)真、實(shí)事求是的科學(xué)態(tài)度逐漸形成。具體表現(xiàn)為,“河南省中級(jí)檢驗(yàn)工”考試通過率為97.5%,實(shí)現(xiàn)了雙證畢業(yè)的要求。
2結(jié)論及展望
總而言之,實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)課程的開設(shè),不僅加深了學(xué)生對分析化學(xué)基本理論、基礎(chǔ)知識(shí)的理解,正確和熟練的掌握了分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)的基本操作和實(shí)驗(yàn)技能,提高了觀察、分析和解決問題的能力,而且培養(yǎng)了學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)?shù)墓ぷ髯黠L(fēng)和實(shí)事求是的科學(xué)態(tài)度。更重要的是,絕大多數(shù)學(xué)生認(rèn)為實(shí)驗(yàn)越來越有趣味,學(xué)有所用,愿意探索,勤于思考,創(chuàng)新意識(shí)得到切實(shí)提高,綜合素質(zhì)得到大大加強(qiáng)。另外,在設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)進(jìn)行的各個(gè)環(huán)節(jié),教師都要查閱大量相關(guān)資料,認(rèn)真?zhèn)湔n,靈活運(yùn)動(dòng)多種教學(xué)方法,駕馭課堂。因此,教師的工作能力有較大提高。而實(shí)驗(yàn)教學(xué)隊(duì)伍是提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量、培養(yǎng)高素質(zhì)人才的關(guān)鍵。
但是在進(jìn)行設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程中,也發(fā)現(xiàn)諸多不足,還要從以下幾個(gè)方面進(jìn)行改革:
(1)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容要不斷更新,且題目應(yīng)著重培養(yǎng)學(xué)生綜合應(yīng)用能力。
(2)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容要開放。除去正常教學(xué)中的設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn),學(xué)生可以選擇自己感興趣的設(shè)計(jì)性題目,在征得相關(guān)教師認(rèn)可的基礎(chǔ)上,進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)。
(3)要實(shí)行實(shí)驗(yàn)室開放。實(shí)行實(shí)驗(yàn)室對外開放是學(xué)生設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革取得實(shí)際效果的關(guān)鍵,是對傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的一種挑戰(zhàn)。實(shí)驗(yàn)室開放,要求在時(shí)間、空間、教學(xué)方法、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和儀器設(shè)備等方面都盡量開放。已有實(shí)踐證明,通過實(shí)驗(yàn)室開放,可以極大地提高學(xué)生運(yùn)用已有知識(shí)和技能進(jìn)行獨(dú)立工作和創(chuàng)造性工作的能力,為學(xué)生今后走上工作崗位奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。
(4)實(shí)驗(yàn)裝備、實(shí)驗(yàn)室設(shè)施要提高教學(xué)質(zhì)量,還必須有一定的實(shí)驗(yàn)條件做保障。
總之,設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)教學(xué),很大程度上改變了傳統(tǒng)的教學(xué)模式,但是教學(xué)改革涉及方方面面的工作,是一項(xiàng)長期的工程,廣大教育工作者應(yīng)大膽創(chuàng)新,勇于嘗試,不斷提高分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)水平與能力。
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